Énergétique du bâtiment : Ventilation et quelques équipements 2

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Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur
Énergétique du bâtiment :
Ventilation
et quelques équipements
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M. Pons
CNRS-LIMSI , Rue J. von Neumann,
BP133, 91403 Orsay Cedex
http://perso.limsi.fr/mpons
Master 2 DFE
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Organisation
•Deuxième partie
•Notions de confort thermique
•Ventilation, mouvements d’air
•Quelques équipements
Chauffe-eau thermodynamique
Et Pompes à Chaleur (PAC)
Centrales de Traitement d’Air (CTA)
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Pourquoi penser à d’autres chauffe-eau ?
•Qu’est-ce qu’un chauffe-eau ? réservoir d’eau, plus système de
chauffage, plus isolation, plus régulation de température.
•Système de chauffage = électrique ou à combustible (gaz, fuel …)
•Quels sont les besoins en eau chaude sanitaire (ECS) ?
Quantité = 40 litres/jour/personne.
Températures : chaude = 55°C (en tenant compte de la chaleur
dissipée par le ballon et dans les canalisations) ; réseau à 15°C ;
•Consommation énergétique journalière 4 personnes – 100 m2.
= 4x40x4185x40 / 3600 = 7440 Wh, soit 27 kWh/m2/an.
= plus de la moitié de la consommation d’un Bâtiment Basse
Consommation (BBC) neuf [50 kWh/m2/an].
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Qu’est-ce qu’un chauffe-eau thermodynamique ?
•C’est un chauffe-eau qui utilise un cycle dit thermodynamique
pour réduire sa consommation d’énergie.
•Sont nommés thermodynamiques un certain nombre de
procédés faisant travailler un fluide entre deux températures,
deux pressions, et souvent deux états (phases), dans un cycle
associant des transformations élémentaires (relativement) bien
définies, telles que isothermes, isobares, adiabatiques,
isochores, isenthalpes, etc.
•Ici, le fluide est un fluide très utilisé dans les réfrigérateurs,
climatiseurs, et congélateurs, le R134A.
R134A = C2H2F4: No ozone depletion. Mais GWP important.
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Le concept - 1
•Récupérer de la chaleur perdue dans le bâtiment,
la revaloriser (augmenter son niveau de température) grâce à une
pompe à chaleur, et utiliser
la chaleur ainsi produite pour chauffer l’eau chaude sanitaire.
•Première question : l’énergie récupérable existe-t-elle dans la
maison ? En supposant que la chaleur fournie par le chauffe-eau
à l’ECS est soustraite à l’air extrait tout au long des 24 heures,
à quel Tsur l’air extrait cette énergie correspond-elle ?
•Application numérique :
cas d’une famille de 4 personnes avec débit de ventilation égal à
135 m3.h-1.
•Est-ce que ça peut fonctionner ?
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Condenseur
Compresseur
Evaporateur
Détendeur
Le concept - 2
•Air extrait après récupération de chaleur : à moins que 10°C
•Besoin de chauffer l’eau à 55°C
•Transfert non-spontané, donc utilisation d’une pompe à chaleur
•Principe d’une pompe à chaleur :
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Qf
Tf
Qc
Tc
Wm
•Extraire de la chaleur à basse
température
•céder de la chaleur à haute température
•en utilisant de l’énergie mécanique.
•Le cycle est plus efficace
quand le fluide subit des
changements de phase
liquide-vapeur
(condensation, évaporation)
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Le diagramme p-h du R134A
•h= enthalpie
•p= pression
•Courbe noire : équilibre
liquide vapeur
•Iso-composition, dans le
domaine liquide-vapeur
•Isotherme (température)
•Isochore (densité)
•Isentropique (entropie)
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Quelques transformations fondamentales - 1
•Chauffage (->) ou
refroidissement (<-)
isobare
•Changement de pression
sans échange d’énergie
avec l’extérieur
(quel sens ?)
•Compression,
sans échange de chaleur
(adiabatique)
ou avec
(refroidissement
ou chauffage).
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Quelques transformations fondamentales - 2
•Compressions …
1. … adiabatique réversible
entropie s = constante ;
•2. … avec chauffage ;
•3. … avec refroidissement.
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10
10
i
isentropique r
hh
hh
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